2.3.2.1. Hình thái tế bào
Nấm men thƣờng có cấu tạo đơn bào. Hình dạng tế bào nấm men thƣờng thay đổi tùy theo loài, ngoài ra một phần còn phụ thuộc vào tuổi giống và điều kiện ngoại cảnh. Nói chung, thƣờng nấm men có hình trứng hay bầu dục (Saccharomyces cerevisiae), hình cầu (Candida utilis), hình ống (Pychia).v.v.
Kích thƣớc tế bào nấm men thay đổi rất nhiều, theo từng giống, từng loài, nói chung thƣờng to hơn tế bào vi khuẩn từ 5 – 10 lần. Nấm men có hai hình thức sinh sản: vô tính và hữu tính. Chúng sinh sản vô tính bằng cách nảy chồi hay tạo bào tử, còn sinh sản hữu tính bằng phƣơng thức tiếp hợp.
Men bánh mì ở các cơ sở sản xuất đang dùng thuộc giống Saccharomyces loài cerevisiae, lớp Ascomycetes, ngành nấm. Là tế bào hình trứng hay bầu dục, có kích thƣớc nhỏ từ 5 – 6 đến 10 – 14 µm.
Hình 2.3.1: Hình thái tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae
2.3.2.2. Cấu tạo tế bào
Tế bào nấm men đƣợc cấu tạo chủ yếu từ những thành phần cơ bản sau: thành tế bào, màng nguyên chất, chất nguyên sinh, nhân và các cơ quan khác.
Thành tế bào
Thành tế bào nấm men trong suốt, nhờn và dày khoảng 1000 Ăngtron, chiếm khoảng 25 – 30% trọng lƣợng khô tế bào. Thành tế bào gồm 3 lớp: lớp ngoài cùng có cấu tạo hóa học chủ yếu là lypoprotein. Lớp giữa có cấu tạo chủ yếu là manan
bào và duy trì áp suất thẩm thấu của tế bào. Màng nguyên sinh chất
Thành phần chủ yếu là lypoprotein chứa nhiều hợp chất calci và men permease. Chiều dày của màng nguyên sinh chất khoảng 200 Ăngtron. Chức năng chủ yếu là điều hòa việc hấp thu các chất dinh dƣỡng và thải các sản phẩm trao đổi chất. Chất nguyên sinh
Khi tế bào còn non, chất nguyên sinh là đồng nhất và độ nhớt thấp hơn so với tế bào trƣởng thành. Ở tế bào già, tế bào chất không đồng nhất do xuất hiện không bào và các cơ quan khác.
Nhân tế bào
Khác với tế bào vi khuẩn, tế bào nấm men đã có nhân thực. Nhân thƣờng có hình bầu dục hay hình tròn nằm gần không bào trung tâm với kích thƣớc 1 – 2 µm. Nhân đƣợc bao bọc bởi màng nhân, bên trong là một lớp dịch nhân chứa hạch nhân hay còn gọi là nhân con. Nhân của tế bào nấm men chứa protein, acid nucleic, nhiều hệ men và ribosomes.
Các thành phần khác
+ Không bào: trong tế bào nấm men có chứa một hoặc nhiều không bào đƣợc hình thành từ thể golgi hay mạng lƣới nội chất. Không bào chứa đầy dịch tế bào, bên ngoài đƣợc bao bọc bởi một màng lypoprotein gọi là màng không bào. Hình dạng không bào có thể thay đổi tùy theo tuổi và trạng thái sinh lý của tế bào. Vị trí của không bào trong tế bào cũng rất thay đổi. Chúng có thể nằm ở một đầu (nếu tế bào có một không bào) hoặc ở hai đầu (tế bào có hai không bào) hoặc nằm chung quanh (tế bào có nhiều không bào). Không bào có tính thẩm thấu cao và là nơi tích lũy các sản phẩm trao đổi chất.
+ Ty thể: ty thể nấm men có hình bầu dục, kích thƣớc khoảng 0,2 – 0,5 x 0,4 – 1,0 µm. Ty thể có hai lớp: nếp trong hình thành nhiều nếp gấp hoặc ống nhỏ hình răng lƣợc làm cho diện tích bề mặt của lớp trong tăng lên rất nhiều và nếp ngoài chia thành nhiều lớp, có chứa enzyme của chuỗi hô hấp, men phosphorin
hóa. Ty thể đƣợc cấu tạo chủ yếu từ hợp chất protein và lipid. Chức năng chủ yếu của ty thể là: thực hiện các phản ứng oxy hóa giải phóng điện tử, tham gia tổng hợp ATP, tham gia giải phóng năng lƣợng từ ATP và chuyển chúng thành năng lƣợng khác cung cấp cho tế bào và thực hiện quá trình tổng hợp protein. + Ribosome: Tƣơng tự các vi sinh vật khác, ribosome của nấm men cũng tham gia vào quá trình tổng hợp các hợp chất trong cơ thể. Ribosome ở tế bào nấm men tồn tại hai loại: loại 80 S gồm hai tiểu thể 40 S và 60 S; loại 70 S gồm hai tiểu thể 50 S và 40 S. Ribosome chứa khoảng 40 – 60% ARN.
2.3.3. Thành phần hóa học của tế bào nấm men
Thành phần hoá học và dinh dƣỡng của nấm men phụ thuộc vào chủng nấm men, môi trƣờng, trạng thái sinh lý cũng nhƣ điều kiện nuôi cấy. Nấm men chứa trung bình khoảng 70 – 75% nƣớc và 25 – 30% còn lại là chất khô. Các chất khô của nấm men bao gồm các thành phần sau:
- Protein: chiếm khoảng 40 – 60% chất khô trong nấm men và có đủ các acid amin không thay thế.
- Glucid: chiếm khoảng 24 – 40% chủ yếu là glycogen, đây là chất dự trữ tế bào. Theo thành phần cấu tạo thì glycogen giống nhƣ amylopectin nhƣng khác là khối lƣợng phân tử lớn hơn. Hàm lƣợng của nó trong tế bào nấm men phụ thuộc vào môi trƣờng dinh dƣỡng. Trong môi trƣờng dƣ lƣợng đƣờng, lƣợng glycogen tăng đáng kể. Dƣới tác dụng của α - amilase glycogen sẽ biến thành mantose và dextrin. Ngoài ra nấm men còn chứa polysacharic, trehalose, mannan, glucan và chitin. Những nghiên cứu động học về sự biến đổi năng lƣợng hydrat cacbon trong quá trình bảo quản nấm men cho thấy là glucan, mannan và dạng glycogen tan trong kiềm và axit clohydric là yếu tố cấu trúc tế bào, trong khi trehalose và glycogen tan trong axit acêtic, là chất tạo năng lƣợng chính cho tế bào. Hàm lƣợng trehalose trong nấm men có liên quan đến tính bền vững của nó, lƣợng trehalose càng cao, nấm men càng bền.
- Lipid: chiếm khoảng 2 – 5%, là dinh dƣỡng dự trữ của nấm men. Trong nấm men còn chứa các chất tƣơng tự chất béo nhƣ lexithin và sterol. Trong đó, quan
ánh sáng mặt trời, còn gọi là tiền vitamin D. Ngoài ra, nấm men còn có vitamin B2, B3, B5 và B6.
- Chất khoáng: chiếm khoảng 5 – 11%, có vai trò quan trọng trong hoạt động của tế bào nấm men, đặc biệt là phospho có trong thành phần photphatid, nucleoprotein. Ngoài ra trong tế bào nấm men còn có chứa các ion kali, natri, canxi, magie, sắt, lƣu huỳnh và acid silicic.
2.3.4. Chu kỳ sinh sản của nấm Saccharomyces ceresiviae
Đầu tiên hai tế bào dinh dƣỡng sẽ kết hợp với nhau (a). Xảy ra quá trình chất giao và nhân giao để tạo ra tế bào dinh dƣỡng lƣỡng bội 2n (b). Tế bào này nảy chồi và sinh ra những tế bào lƣỡng bội khác (c). Tế bào lƣỡng bội chuyển thành túi bào tử (d). Nhân bên trong túi bào tử phân chia hai lần để tạo thành 4 bào tử túi 1n (e). Khi túi vở, các bào tử túi đơn bội chuyển thành tế bào dinh dƣỡng 1n và tiếp tục sinh sản theo lối nảy chồi (f) (Vƣơng Thị Việt Hoa, 1999).
Hình 2.3.2 : Chu trình phát triển của Saccharomyces cerevisiae
a ba c a d a e a f a
2.4. Công nghệ sản xuất men bánh mì
2.4.1. Sơ lƣợc tiến trình sản xuất men bánh mì trên thế giới
Loài ngƣời sử dụng nấm men để làm nở bánh mì từ trƣớc khi biết đƣợc hình thái, cấu tạo và đặc tính sinh lý, sinh hóa của chúng.
Lúc đầu, những ngƣời Châu Âu để bột mì lên men tự nhiên và làm bánh. Sau đó, vào thế kỷ 17 ngƣời Châu Âu bắt đầu không cho bột mì lên men tự nhiên nữa, mà sử dụng nấm men bia để nhào bột. Kết quả của việc này là làm khối bột nở đều hơn, bánh thơm hơn, đặt biệt là không chua nhƣ cho ủ tự nhiên.
Lúc đầu, ngƣời Châu Âu chỉ biết hớt lớp bọt ở trên dịch lên men và đem làm bánh mì. Lớp bọt này chứa nhiều tế bào nấm men chết, do đó rất khó bảo quản và đôi khi làm hƣ quá trình làm bánh. Họ đã cố gắng khắc phục nhƣợc điểm này bằng cách loại bỏ phần nƣớc và cho bột khoai tây vào cặn men bia, lấy vải ép bỏ đƣợc nhiều nƣớc trong cặn men bia.
Năm 1850 bắt đấu giai đoạn quan trọng trong sự phát triển của công nghệ sản xuất nấm men bánh mì. Ngƣời Châu Âu đã biết sản xuất sinh khối nấm men bánh mì dạng nhão (dạng paste). Lúc đầu họ lấy cặn nấm men từ quá trình sản xuất rƣợu, chuyển cặn nấm men này sang thùng đựng nấm men, rửa sạch nấm men bằng nƣớc lạnh và đƣa vào máy ép.
Nhà máy đầu tiên vừa sản xuất rƣợu vừa sản xuất nấm men ép là nhà máy của nƣớc Áo đƣợc xây dựng vào năm 1860. Từ đó, phƣơng pháp sản xuất này đƣợc phát triển rất rộng rãi ở các nƣớc Châu Âu. Theo phƣơng pháp này, bắp đƣợc nghiền nhỏ, nấu với axit yếu và đƣợc thủy phân bằng malt đại mạch. Ngƣời ta thƣờng cho hai phần bột bắp và một phần đại mạch để tiến hành thủy phân. Sau 12 giờ tiến hành lên men, khi khối lên men sủi rất nhiều bọt, ngƣời ta lấy hết phần bọt này, làm lạnh và cho đi ép, còn lại đem chƣng cất để thu rƣợu mạnh. Hiệu suất của phƣơng pháp này thƣờng rất thấp. Sinh khối nấm men thƣờng chỉ khoảng 9 – 10%, rƣợu là 30% so với khối lƣợng nguyên liệu.
nấm men. Kết quả cho thấy khi có mặt của oxy, hiệu suất thu nhận nấm men rất cao. Kết quả nghiên cứu của L. Pasteur đƣợc phổ biến rộng rãi ở các nƣớc Châu Âu. Khó khăn nhất trong việc cung cấp oxy cho quá trình lên men là do ngƣời Châu Âu sử dụng môi trƣờng nhão, nên oxy rất khó phân tán đều và khó thổi khí cho toàn bộ khối nhão này.
Sau đó, năm 1886, ngƣời Châu Âu bắt đầu thay đổi môi trƣờng. Ngƣời ta không dùng môi trƣờng nhão nữa mà sử dụng dịch nƣớc đƣờng. Phƣơng pháp này lần đầu tiên đƣợc áp dụng tại nhà máy Gianthan (nƣớc Anh). Ngƣời ta sử dụng nƣớc đƣờng từ quá trình thủy phân bột lúa mì hay đại mạch để sản xuất nấm men. Cứ 100 kg bột ngƣời ta thu đƣợc 18 – 20 kg nấm men và 20 – 22 lít rƣợu. Tuy nhiên, chất lƣợng nấm men vẫn chƣa tốt.
Năm 1900, ngƣời ta sử dụng máy ly tâm tốc độ cao để tách nƣớc ra khỏi nấm men và phƣơng pháp nuôi nấm men đƣợc hoàn thiện dần. Lúc đầu ngƣời ta nuôi cấy nấm men ở 15 – 17oC, hiệu suất tăng hơn bình thƣờng từ 2 – 8%. Sau đó, ngƣời ta nuôi nấm men ở nhiệt độ cao hơn (25 – 30oC) với dung dịch đƣờng 4%, lƣợng khí thổi vào là 50 – 80 m3/giờ cho một m3 môi trƣờng. Kết quả đạt đƣợc rất tốt: cứ 100 kg bột đem thủy phân và nuôi nấm men sẽ thu đƣợc 30 – 40 kg nấm men và 12 – 15 lít cồn.
Sau đó, kỹ thuật nuôi nấm men đƣợc cải tiến. Ngƣời ta thay bột thủy phân bằng mật rỉ hoặc phế liệu nhà máy đƣờng, nhà máy bánh kẹo. Lƣợng đƣờng dùng để lên men cũng giảm hơn, lƣu lƣợng khí đƣợc tăng lên để tăng khả năng hô hấp của nấm men.
Năm 1916, xuất hiện nhà máy đầu tiên thực hiện các cải tiến này. Ngƣời ta cũng biết cho vào dịch lên men các muối vô cơ nhƣ muối phospho và kết quả là hiệu suất thu nhận nấm men từ 35 – 45% đã tăng lên 55 – 65%.
Năm 1940, nhà máy men bánh mì lớn nhất Châu Âu, với công suất 16500 tấn/năm đƣợc khánh thành ở Moscow. Từ đó đến nay, hầu nhƣ nƣớc nào ở Châu Âu cũng có hàng chục nhà máy lớn nhỏ sản xuất nấm men bánh mì.
Ngày nay, men bánh mì đƣợc sản xuất rộng khắp trên thế giới với sản lƣợng 2,5 triệu tấn/năm. Việc áp dụng các kỹ thuật hiện đại vào trong sản xuất, ngành công nghiệp nấm men đã không ngừng mở rộng và phát triển. Ngoài ra, các ngành công nghiệp lên men hình thành trên cơ sở vi sinh đã thừa hƣởng các thành quả từ những đổi mới không ngừng của ngành công nghệ nấm men, bao gồm các quá trình sản xuất các enzyme, amino acid, và vitamin hoặc các chất thuộc lĩnh vực y học nhƣ hoocmon, vacxin, kháng sinh v.v. (Nguyễn Đức Lƣợng, 2002).
2.4.2. Tình hình sản xuất men bánh mì ở Việt Nam
Ở Việt Nam nói chung và nhất là ở các tỉnh phía nam nói riêng thì nhu cầu về men bánh mì ngày càng tăng và hiện đang ở mức khá cao: khoảng 4 – 5 tấn/ngày. Trong khi đó, chỉ có khoảng 15 cơ sở đang sản xuất men bánh mì, chủ yếu là tƣ nhân với trang thiết bị còn thô sơ, quy trình công nghệ lạc hậu. Do vậy, việc sản xuất men bánh mì còn nhiều nhƣợc điểm, trong đó phải kể đến: hiệu suất men thấp, chất lƣợng không ổn định, bảo quản phức tạp và tốn kém (Nguyễn Đăng Diệp, 1995).
2.4.3. Vai trò của nấm men trong sản xuất bánh mì
Trong công nghệ sản xuất bánh mì, giai đoạn lên men bột mì đóng vai trò quyết định đến chất lƣợng bánh mì. Quá trình lên men đƣợc thực hiện bởi nấm men. Khi đó nấm men sẽ chuyển hóa đƣờng có trong bột mì thành cồn và CO2 theo phƣơng trình phản ứng sau:
Chính CO2 sẽ là tác nhân làm bánh mì nở. Khi CO2 đƣợc tạo thành sẽ bị giữ lại trong các mạng gluten. Gluten trong bột mì là loại protein rất đặt biệt, chúng có tính chất đàn hồi và tạo mạng. Các protein khác không có đặc tính này. Khi nƣớng bánh mì ở nhiệt độ cao, CO2 sẽ tăng thể tích, mạng gluten sẽ căng ra và tạo thành những túi chứa CO2.
Khi nhiệt độ cao hơn, CO2 sẽ thoát ra khỏi túi chứa đó và tạo ra những lỗ xốp trong bánh, kết quả là bánh có độ xốp. Khả năng lên men càng mạnh, độ xốp của bánh càng nhiều, bánh càng nở và thể tích bánh càng tăng. Tuy nhiên, không phải thể tích bánh lớn quyết định đến chất lƣợng của bánh mì. Mức độ tăng thể tích của bánh chỉ nói lên khả năng lên
nấm men
khác nhau. Điều này phụ thuộc vào thói quen khi sử dụng bánh mì.
Hình 2.4.1: Cấu trúc xốp trong khối bột
Trong sản xuất bánh mì hiện nay ở các nƣớc Châu Âu, ngƣời ta sử dụng ba dạng nấm men để làm nở bánh:
- Dạng nấm men lỏng.
- Dạng nấm men nhão (paste). - Dạng nấm men khô.
2.4.3.1. Nấm men dạng lỏng
Nấm men dạng lỏng có ƣu điểm là dễ sử dụng và hoạt lực làm nở bánh rất cao. Tuy nhiên, nấm men lỏng cũng có nhƣợc điểm rất lớn là khó bảo quản: thời gian sử dụng chỉ nằm trong giới hạn 24 giờ sau khi sản xuất. Chính vì thế, việc sản xuất và sử dụng nấm men dạng lỏng thƣờng đƣợc tổ chức nhƣ một phân xƣởng riêng trong những cơ sở sản xuất bánh mì mang tính chất tự cung tự cấp mà không mang tính chất thƣơng phẩm bán trên thị trƣờng.
Nấm men lỏng là một dạng sản phẩm thu nhận đƣợc ngay sau khi quá trình lên men hiếu khí kết thúc. Ngƣời ta thu nhận dịch lên men có chứa sinh khối nấm men đang phát triển này để sản xuất bánh mì. Khi sử dụng dịch nấm men này làm bánh mì, ngƣời ta thƣờng phải sử dụng với khối lƣợng lớn ( thƣờng từ 1 – 10% so với khối lƣợng bột mì đem sử dụng ). Khi sử dụng nấm men lỏng cần lƣu ý đến chất lƣợng dịch nấm men. Trong trƣờng hợp dịch nấm men này bị nhiễm các
vi sinh vật lạ sẽ gây ra nhiều quá trình lên men khác nhau khi ta tiến hành ủ bột mì. Mặt khác, ta sử dụng toàn bộ dịch sau lên men cũng có nghĩa sử dụng cả sản phẩm trao đổi chất của quá trình lên men này. Nhƣ thế nếu dịch lên men bị lẫn quá nhiều các sản phẩm khác nhau từ quá trình lên men thu sinh khối sẽ làm giảm chất lƣợng cảm quan của bánh mì.
Hiện nay nhiều cơ sở sản xuất bánh mì ở các nƣớc Châu Âu và Châu Mỹ không sử dụng nấm men lỏng mà sử dụng chủ yếu nấm men dạng paste và dạng khô.
2.4.3.2. Nấm men dạng paste
Nấm men paste là khối nấm men thu đƣợc sau khi ly tâm nấm men lỏng. Nấm men paste thƣờng có độ ẩm khoảng 70 – 75%. Nấm men paste thƣờng có hoạt lực làm nở bánh kém hơn nấm men lỏng do trong quá trình ly tâm và thời gian kéo dài, nhiều tế bào nấm